Ein bakterielles Genom, das in den Überresten eines alten Jägers und Sammlers gefunden wurde, zeigt, dass Treponema-Erkrankungen in Amerika viel früher verbreitet waren und vielfältiger waren als bisher bekannt. Die Studie, die von einem internationalen Team, darunter Wissenschaftler des SIB an der Universität Lausanne, in Science veröffentlicht wurde, stellt die erste Gewinnung von Treponema pallidum-DNA aus gesund aussehenden Knochen dar. Sie stellt auch eine neuartige Kombination von Bioinformatikmethoden zur Analyse alter pathogener DNA vor und eröffnet damit neue Wege zum Verständnis der Entstehung und Ausbreitung von Infektionskrankheiten.
Bioinformatik enthüllt „unsichtbaren“ Erreger in alten menschlichen Überresten
Zu den durch T. pallidum verursachten Infektionen gehören Syphilis, Frambösie und Bejel, die auch heute noch ein Problem für die öffentliche Gesundheit darstellen. Skelettfunde aus archäologischen Stätten weltweit deuten darauf hin, dass diese Treponema-Erkrankungen den Menschen seit Jahrtausenden befallen, doch ihre evolutionären Ursprünge sind umstritten.
Die Paläogenomik kann durch die Sequenzierung und Analyse der DNA von Krankheitserregern in alten menschlichen Überresten zur Beantwortung solcher Fragen beitragen. Ein großes Hindernis für T. pallidum ist jedoch die Schwierigkeit, seine DNA zu gewinnen: Das Bakterium kommt in Knochen nur selten vor, und nur ein kleiner Teil der alten Skelette weist Anzeichen einer Infektion auf.
Nun ist es Forschern erstmals gelungen, T. pallidum-DNA in gesund aussehenden Knochen einer Person zu isolieren, die vor etwa 5.500 Jahren im heutigen Kolumbien begraben wurde . Darüber hinaus identifizierte das internationale Team das Bakterium als neue Unterart. Die neuartige Kombination von Genomanalysen – durchgeführt von der Population Genetics Group des SIB unter der Leitung von Anna-Sapfo Malaspinas an der Universität Lausanne – verschiebt die genetische Aufzeichnung von T. pallidum um 3.000 Jahre zurück und legt nahe, dass die Vorfahren des Erregers bereits in der letzten Eiszeit vor 10.000 bis 20.000 Jahren Menschen infiziert haben könnten. Dies verändert unser Verständnis der Treponemen-Erkrankungen in Amerika erheblich und eröffnet neue Möglichkeiten für verbesserte Schätzungen der Krankheitsprävalenz im Laufe der Menschheitsgeschichte.
Die Ergebnisse liefern molekulare Belege für eine lange Geschichte von T. pallidum in Amerika, die Jahrtausende vor dem Kontakt mit Europa begann und möglicherweise bis zur Besiedlung des Kontinents zurückreicht.
Verschiedene Unterarten verursachen unterschiedliche Krankheiten
Die drei heutigen Unterarten von T. pallidum sind genetisch nahezu identisch, verursachen jedoch jeweils eine unterschiedliche Krankheit: T. pallidum subsp. pallidum verursacht Syphilis und wird sexuell übertragen, während T. pallidum subsp. pertenue und T. pallidum subsp. endemicum, die sich hauptsächlich durch direkten Hautkontakt verbreiten, jeweils Frambösie und Bejel verursachen. Eine vierte Treponema-Erkrankung, Pinta, wird durch T. carateum verursacht, obwohl für diesen Erreger noch kein Genom entschlüsselt wurde.
Die Forscher glauben, dass sich die von ihnen entdeckte neue Unterart wahrscheinlich von Mensch zu Mensch verbreitet, können jedoch eine zoonotische Übertragung von Tieren nicht ausschließen. Es ist auch möglich, dass es sich um eine alte Form von T. carateum handelt.
Der Vorfahr von T. pallidum könnte Menschen in der Eiszeit infiziert haben
Die Wissenschaftler des SIB und Forscher der University of California, Santa Cruz (UCSC) entdeckten unabhängig voneinander die bakterielle DNA, während sie Sequenzierungsdaten des alten Jägers und Sammlers analysierten. Obwohl diese Daten weniger als 0,002 % ausmachten, ermöglichte die schiere Menge – rund 1,5 Milliarden DNA-Fragmente – den Forschern, ein uraltes Genom zu rekonstruieren.
Verschiedene Unterarten verursachen unterschiedliche Krankheiten
Die drei heutigen Unterarten von T. pallidum sind genetisch nahezu identisch, verursachen jedoch jeweils eine unterschiedliche Krankheit: T. pallidum subsp. pallidum verursacht Syphilis und wird sexuell übertragen, während T. pallidum subsp. pertenue und T. pallidum subsp. endemicum, die sich hauptsächlich durch direkten Hautkontakt verbreiten, jeweils Frambösie und Bejel verursachen. Eine vierte Treponema-Erkrankung, Pinta, wird durch T. carateum verursacht, obwohl für diesen Erreger noch kein Genom entschlüsselt wurde.
Die Forscher glauben, dass sich die von ihnen entdeckte neue Unterart wahrscheinlich von Mensch zu Mensch verbreitet, können jedoch eine zoonotische Übertragung von Tieren nicht ausschließen. Es ist auch möglich, dass es sich um eine alte Form von T. carateum handelt.
Die phylogenetische Analyse ergab, dass es sich bei dem Bakterium nicht nur um eine neue Unterart von T. pallidum handelt, sondern dass es zu einem bisher unbekannten Zweig des Stammbaums des Bakteriums gehört. Das SIB-Team bestätigte diese unerwartete Entdeckung mit Hilfe verschiedener Ansätze der Bioinformatik, darunter auch Methoden, die normalerweise nicht in Studien zu alten Krankheitserregern verwendet werden. Dazu gehörte die Analyse gemeinsamer Gene bei entfernt verwandten Arten unter Verwendung der OMA-Wissensdatenbank der SwissOrthology-Ressource, die von anderen SIB-Gruppen entwickelt wurde, sowie die Kartierung alter und moderner DNA mit der von der Population Genetics Group entwickelten Mapache-Pipeline. Zwei weitere SIB-Ressourcen wurden ebenfalls verwendet: BEAST2 zur Berechnung evolutionärer Zeitachsen und die von Experten kuratierte Wissensdatenbank von UniProt zur Untersuchung von Proteinstrukturen.
Weitere Informationen zu SIB-Ressourcen
Die Analyse ergab auch, dass alle 59 Virulenz-assoziierten Gene, die aus den heutigen Stämmen bekannt sind, in der neuen Unterart vorkommen, was darauf hindeutet, dass ihr gemeinsamer Vorfahr ebenfalls an menschliche Wirte angepasst gewesen sein könnte. Die Forscher schließen daraus, dass dieser Vorfahr vor etwa 13.700 Jahren lebte, wobei das tatsächliche Datum zwischen 7.000 und 20.500 Jahren liegen könnte. Eine solche Vielfalt in der T. pallidum-Familie – und eine so lange Geschichte von Treponema-Erkrankungen beim Menschen, die möglicherweise bis in die Eiszeit zurückreicht – war aus früheren alten und modernen Genomdaten nicht zu erwarten.
Neue Möglichkeiten zum Verständnis der Entstehung und Ausbreitung von Krankheitserregern
Die Kombination aus fortschrittlicher Sequenzierung und neuartigen Genomanalysen in dieser Studie könnte eine breitere Erkennung von Infektionskrankheiten in anderen archäologischen Überresten ermöglichen. Dies würde zu einem besseren Verständnis darüber beitragen, wie Krankheitserreger in menschlichen Populationen entstehen, sich verbreiten und fortbestehen – ein wesentlicher erster Schritt zur Bekämpfung und Prävention künftiger Ausbrüche und Epidemien.
Unsere Studie zeigt, wie wichtig alte Pathogen-DNA ist, um die langfristigen evolutionären Verläufe von Infektionskrankheiten über Jahrtausende hinweg aufzudecken.
Internationale Zusammenarbeit mit Einbindung der lokalen Gemeinschaft
Neben Forschern des SIB und der UCSC waren an der Studie auch Experten für Paläopathologie, Anthropologie, Mikrobiologie und Archäologie aus vielen anderen Institutionen in der Schweiz, den USA, Kolumbien, Argentinien, der Tschechischen Republik und Frankreich beteiligt. In Anerkennung der Bedeutung der Ergebnisse für die kolumbianische Medizin- und Kulturgeschichte konsultierte das Team vor der Veröffentlichung seiner Arbeit lokale Wissenschaftler, Studenten sowie indigene und nicht-indigene Gemeinschaften und teilte ihnen seine Ergebnisse mit.
Reference(s)
Referenz: Bozzi D, Broomandkhoshbacht N, Delgado M et al. Ein 5.500 Jahre altes Treponema pallidum-Genom aus Sabana de Bogotá, Kolumbien. Science ( 2026).
DOI: 10.1126/science.adw3020
Bild: Elektronenmikroskopische Aufnahme von T. pallidum, hervorgehoben in Gold. NIAID CC BY 2.0
